变电站500kV线路差动保护误动作分析

变电站500kV线路差动保护误动作分析

银广玉

中国南方电网超高压输电公司柳州局，广西柳州545006

摘要：随着目前科技的不断进步发展，我国电力行业领域也得到了有效的提升和发展，但发展的背后也伴随着大量的问题，从保护的稳定可靠性而言，目前线路保护误动的几率也是时有发生的，本次主要针对变电站500kV线路差动保护误动作进行相关分析和研究，发生故障大部分是由于线路的FH线L3相单相接地而引起的，所以我们有针对性的分析了其FH线和HQ线的线路保护动作，通过举例误动事件的相关分析，我们应该更加重视电压、电流的二次回路，提高禁止CT二次开路和电压二次短路的风险认识，同时在作业过程中做好相关二次回路的检查和隔离，只有这样我们才可以保证电网的安全运行。

关键词：500kV线路；差动保护；误动作；分析

前言

某一变电站的一条FH线L3相发生单相接地故障，该故障引起两侧的光纤差动保护L3相电流差动动作，20ms差动保护动作跳开断路器，重合闸动作且重合成功。同时该变电站还有另外一条500kV的线路，其配置的主保护装置CSC-103A跳开了L1相，重合成功。但是过了几秒后，由于FH线的L3相再次发生单相接地故障，这时该两侧的光纤差动保护再次动作，跳开线路两侧的断路器，正在这时HQ线的两侧保护均未动作。所以就该事件案例进行变电站500kV线路差动保护误动作的相关分析和研究。

一、FH线路保护动作分析

发生故障后，经专业人士巡检查找故障地段，我们可以初步确认该变电站的FH线L3相的确是发生了多次的接地故障。L3相故障发生31ms时，电流差动保护动作，保护装置有效记录故障时间，3091ms后，L3相再次发生故障，保护装置的电流差动保护再次动作。发生故障时H侧的L3相电流约为4.31A，其差动电流大约在6.16A。

我们从图一就可以清楚的发现，在第0ms时，FH线的L3相发生了故障，故障时电流较大，变电站两侧的保护装置检测到有电流且大于动作值的故障电流，这时L3相的电流差动保护动作，成功的跳开了L3相，且重合成功，这时第一次接地故障排除。但是在大约3s后，L3相再次发生故障，两侧保护配置的电流差动保护也再次动作。由于故障时间较短，再次故障后重合闸充电时间未满足15s的要求，其保护装置未整组复归，一直都是启动状态的，所以保护直接三跳切除线路故障，总的来看FH线路的保护动作是正确无误的。

二、HQ线路保护动作分析

（一）故障波形对比

我们由图二、图三CSC-103A的H侧、Q侧同时期故障录波图以及其电流矢量图可以看出。在FH线的L3相单相接地情况下，其HQ线两侧的电压都是明显降低的，并且其零序电压也很大，都可以明显的看出了。其Q侧的电流激增，同时其零序电流也发生了上述情况，并且由图三我们可以看出，电流波形是正常的。而H侧的情况则不同，由图二可以看出，其三相电流畸变十分厉害，同时其电流的波形也是十分异常的，电流增大明显，但是零序电流却没有任何采集数据，所以我们由此断定H侧的TA中性线发生了开路。

（二）H侧波形畸变原因分析

我们从图二、图三的分析中，可以断定H侧TA中性线开路。既然是开路导致的那我们就要进行相应的分析和研究了，TA中性线接的多为测量仪表、继电器等，因为这些仪器的线圈匝数少，阻抗低，所以当电流非常大时，我们可以将它们看做是近似短路的状态了。正常情况下，TA二次电流所产生的励磁电流是非常的小的，并且其铁芯总磁通也是非常小的，这就会使二次绕组的感应电动势也很小，基本上是不会超过几十伏的。但如果我们配置的保护装置中二次绕组发生开路，那励磁作用就会消失，当一次电流增大变成励磁电流时，那就会使铁芯内的磁通迅速增大，并且其会很快就处于高度饱和状态，同时加之二次绕组其匝数众多，那其产生的电压可至数千伏，这时二次绕组的绝缘是绝对扛不住的，且磁感应强度会不断激增，那铁芯随之的损耗也就会迅速增大且严重发热，此时铁芯的绝缘也被损坏了。

我们发现在FH线故障前，其线路的HQ线的电流波形都是正常的，零序电流也是零。当中性线发生开路时，TA是可以正常工作的，并且不会影响到线路，但是当FH线故障时，HQ线将会产生很明显的不平衡电流，这时我们就会发现，H侧TA中性线已经发生开路了，零序电流也跟随故障电流迅速增加，这时的零序电流与故障电流是成正比关系的。二次回路开路的TA铁芯就会严重饱和，此时二次侧中性点感应电势也会随之有尖顶波产生，这就造成电流二次回路中会产生如图四所示的较大的谐波分量。

假如将H侧的保护滤波后，这时我们就会发现相应的电流幅值以及角度都严重畸变异常，所以它们很难真实的反映当时HQ线一次电流的情况的。

（三）保护差流计算

我们从图二、图三的图中就可以发现，当故障发生约30ms时，其IL1相应的电流角度相差大体是在90o左右，电流的大小分别是0.27A，0.26A，这时我们可以说它们的差动电流还是很大的，而IL2的则是在152o左右，其对应的电流大小分别是0.43A，0.27A。最后的IL3的则是187o左右，其对应的电流大小分别是0.64A，0.79A。经过我们相关专业人员的计算，在发生故障的第30ms时，故障相的差动电流大约是0.36A，而其对应的制动电流大约是0.36A，所以总的说来其差动保护的高定值还是在动作边界附近的。

（四）保护通信的原理

第一，在本次分析中为了保证电流差动保护两侧采样的一致性，我们在采样时两侧保护装置每2s同步采样一次，通道互检同步采样后，计算差动保护时，我们只需要将两侧装置的定值设定准确就可以了。

第二，CSC-103A保护装置采用专用的光纤通道时，其两侧的装置定值都是要设成“内时钟”的，这样装置才可以每经过3.3ms发送1帧的准确数据。

第三，我们要知道，差动保护是4ms进行一次循环计算的，如果同时出现连续两次的满足动作条件情况，差动保护就动作。如果在无误码有效帧正确的情况且对应的时间内，若有2帧数据传输过来，我们通常是使用第二次的数据的。

（五）保护不同时动作原因分析

第一，当线路差动保护运行时，一侧的连续两次计算很有可能使用连续的2帧数据的，其另一侧则会可能舍弃其中间的1帧数据来进行计算，这些都是正常的。

第二，当差动保护达到了动作边界值，在这时，如果是仅有2帧数据达标时，是有可能造成两侧的保护动作不一致，动作元件可能不同。

（六）HQ线路保护动作结论

经过上述的分析，我们可以发现当H侧电流回路中性线开路时，发生区外故障时，保护误动作也是可能发生的，保护动作就会使HQ线路跳闸，由于保护中都配置有重合闸装置，重合闸动作重合成功会迅速恢复线路送电的，有效避免线路的长时间停电。

总结

实际应用工作中，中性点开路现象是很少见的也很难去发现的，所以当发生故障时，特别是开路故障很容易引起继电保护误动，保护拒动也是可能发生的。所以，我们在安装和投运设备时，要严格把控现场的质量验收，这样可以减少电流回路二次开路的可能性。同时，我们应该提高重视这一事件案例的分析和研究，加强我们对电压、电流二次回路的认识，提高警惕，做好每次的预试定检，做好二次措施单的隔离工作，作业前检查二次回路带电绝缘情况，只有这样我们才可以保证继电保护装置的正确运行，保证电网的稳定运行。

参考文献：

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